(57)【要約】【課題】出力レーザ光の特性を変えることなく、レーザ光の出力パワーを調整し、また、偏光面を連続的に変化できるようにする。【解決手段】レーザロッド１３，１４と、一対のミラー１０，１１と、出力可変手段Ａとを、容器Ｔに密閉収容する。出力可変手段Ａは、１／２波長板と偏光子を備えている。レーザロッド１３，１４内で励起されたレーザ光を、共振器Ｒの一対のミラー１０，１１間で反射させて増幅する。共振器Ｒからのレーザ光を１／２波長板で受けて、偏光面を回転させる。１／２波長板を透過したレーザ光を偏光子で受けて、直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とに分離する。第２偏光の強度を光検出手段で検出して、光検出器の出力に基づいて、第１偏光の強度が一定になるように、１／２波長板を回転制御する。容器Ｔに設けた出力窓Ｗから、第１偏光を外部に出力する。１／２波長板と偏光子とを所定の関係で回転させると、出力レーザ光の偏光面を連続的に変化させることができる。【選択図】      図１
2005019428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を前記一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置において、前記共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過したレーザ光を受けて直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とを出力する偏光子と、この偏光子から出力されたレーザの強度を検出する光検出手段と、前記偏光子から出力されるレーザの強度が所定値となるように前記光検出器の出力に基づいて前記１／２波長板を駆動制御する駆動制御手段と、前記レーザ媒質と前記一対のミラーと前記１／２波長板と前記偏光子とを収容する容器と、前記第１偏光を外部に出力するために前記容器に設けられた出力窓とを具備することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を前記一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置において、前記共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、前記１／２波長板を透過したレーザ光を受けて直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とを出力する偏光子と、前記第１偏光の一部を分岐させるビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで分岐されたレーザ光の強度を検出する光検出手段と、前記偏光子から出力されるレーザの強度が所定値となるように前記光検出器の出力に基づいて前記１／２波長板を駆動制御する駆動制御手段と、前記レーザ媒質と前記一対のミラーと前記１／２波長板と前記偏光子と前記ビームスプリッターとを収容する容器と、前記第１偏光を外部に出力するために前記容器に設けられた出力窓とを具備することを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
前記光検出器の出力に基づいて前記第１偏光の強度が前記共振器からのレーザ光の強度に近くなったことを知らせる報知手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記駆動制御手段は、前記共振器からのレーザ出力が低下して、前記出力窓からのレーザ出力に近くなった時、前記報知手段へ警告信号を出力する論理回路を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記所定値は、前記共振器からのレーザ出力の最大値の０．３〜０．９５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記駆動制御手段に、前記偏光子を前記１／２波長板の回転に応じて回転させて前記第１偏光のビーム形状及び性質を変えることなく偏光面を調整する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記偏光子の回転角速度は、前記１／２波長板の回転角速度の２倍であることを特徴とする請求項６に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ装置に関し、特に、加工機や露光装置などに好適な高出力のレーザ光を長期間安定に出力できるレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体レーザ媒質と非線形光学結晶を組み合わせた小型で短波長の光を発する固体レーザ装置が、微細加工装置や露光用照明装置として用いられている。この種の固体レーザ装置としては、小型で高い出力を備え、且つ安定した状態で、被加工への加工を行うべく、レーザの出力変動を極めて小さくすることに加え、正確な出力制御が要求されている。固体レーザ媒質を励起する励起光源として用いられる半導体レーザ光源は高出力化が進んでおり、それとともに、固体レーザ装置も高出力化・高効率化に向けて研究開発が行われている。また、高出力化・高効率化とともにレーザ装置の小型化も要求されており、レーザ装置の使用状態においても安全にかつレーザ光の出力を調整できるようにすることが望まれている。以下に、従来のレーザ装置の例をいくつかあげる。
【０００３】
特許文献１には、プリズムを利用することにより、共振器を小型化した固体レーザ装置が開示されている。特許文献１に開示された固体レーザ装置は、図６に示すように、反射鏡と台形柱プリズムとの間の第１の光軸上に、固体レーザ媒質および偏光子を備えている。反射鏡と台形柱プリズムとの間の第２の光軸上に、ポッケルスセルおよび１／４波長板を備えている。この固体レーザ装置では、偏光子側から固体レーザ媒質を通過した光は、反射鏡において、等価的に１／２波長板を透過する。すなわち、１／４波長板を透過し、半透鏡により反射され、再び１／４波長板を透過する。そして、反射鏡と反射鏡との間の共振器中で、励起手段により励起された固体レーザ媒質において誘導放出された光が、台形柱プリズムにより折り返された光軸上を共振器内で往復して、レーザ発振する。
【０００４】
特許文献２には、機械的シャッタを用いることなく、露光時の光量を正確に制御できる露光用照明装置が開示されている。図７に示すように、露光用照明装置の光源は、所定の偏光状態の紫外光を発生する。偏光制御手段である１／２波長板で、光源からの光の偏光状態を変化させる。光強度制御手段である偏光子で、偏光制御手段からの光の強度を、偏光状態に応じて変化させる。ビームスプリッターで、光強度制御手段からの光の一部を反射する。ビームスプリッターからの反射光の光量を、光検出器で検出する。光検出器によって検出される光量が一定となるように、偏光制御手段を制御する。
【０００５】
特許文献３には、高出力のレーザ発振光を出力する場合であっても、安定して強度を制御することができる固体レーザ装置が開示されている。図８に示すように、偏光子と第１の反射鏡（図左）との間の第１の光軸上に、固体レーザ媒質と第１の１／４波長板とを有する第１の光学系がある。第１の反射鏡の反射面は、第１の光軸に垂直である。偏光子と第２の反射鏡（図右下）との間の第２の光軸上に、ポッケルスセルと第２の１／４波長板とを有する第２の光学系がある。第２の反射鏡の反射面は、第２の光軸に垂直である。偏光子は、第１の光軸に沿って入射した光のうち、第１の偏光成分を透過させる。第１の偏光に直交する第２の偏光成分を、第２の光軸の方向に反射させる。励起光源で、固体レーザ媒質を光励起し、反転分布を生じさせる。回転駆動部で、第１の光軸を中心軸として、第１の１／４波長板を回転させる。偏光子を透過して出力されたレーザ発振光の一部を、ビームスプリッターで分岐する。光検出器で、分岐された光の強度を検出する。検出された光の強度に基づいて、制御回路で回転駆動部を制御する。第１の１／４波長板の回転角を調整することにより、固体レーザ装置から出力されるレーザ発振光の強度を調整できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−７６５８７号公報
【特許文献２】
特開平９−１９９３９４号公報
【特許文献３】
特開平１１−９７７８２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された固体レーザ装置では、励起手段を制御することにより、レーザ発振光の強度をある程度は調整することができるが、レーザ発振光の強度を安定に制御することは困難であるという問題がある。
【０００８】
また、特許文献３に開示され固体レーザ装置では、第１の光学系と１／４波長板とを有する第２の光学系を備える必要があるため、光学系が複雑になるという問題がある。また、共振器内でのレーザ出力を調整することで、共振器内のレーザ媒質内に吸収されるレーザ出力も変化してしまうため、レーザ媒質内部の熱勾配が変化して共振器内の光路も変化し、共振器外に出力されるレーザ光のビーム形状及び性質が変わってしまうという問題もある。一方、レーザ装置の使用者が容器の外に出力調整手段を配設したものは、容器から出力されるレーザ光軸とのアライメントが必要になり、さらに塵埃対策、安全対策が要求されるものである。
【０００９】
特許文献２に開示された装置では、レーザ出力を調整、あるいは一定に保つべき考慮が払われてはいるものの、長期に亘る使用により励起光源の劣化、振動、あるいは非線形光学結晶の劣化などにより、被加工物への加工に要するレーザパワーそのものが要求される規定値より低下した場合の対策までは考慮が払われていない。即ち、ＬＤ（レーザダイオード）励起固体レーザ装置は、励起光源ＬＤの寿命や、ＬＤ励起固体レーザ装置の振動により、共振器の光軸がずれることで、時間と共にレーザ出力は低下する。レーザ出力を長時間安定に制御するためには、レーザ出力の低下に伴ってＬＤ電流を上昇する方法が既知の技術であるが、その技術を用いてもＬＤを一定の出力で保てる時間は約５０００時間と短いので、それに影響されるＬＤ励起固体レーザ装置の寿命も同等程度に短く、さらなるレーザ出力の長時間安定性が要求される。
【００１０】
産業用途のＬＤ励起固体レーザ装置は、レーザ出力をある設定値に保ったまま使用することが多いが、ＬＤ電流を上昇させる方法でレーザ出力安定制御を行うと、ＬＤの寿命によってＬＤのレーザ出力が大きく低下した時に、レーザ出力が設定値の出力を満たすことができなくなる。そのような状態になると、ＬＤ励起固体レーザ装置の修理をするため、ＬＤ励起固体レーザ装置を止めなくてはならない。また、修理の人が来るまでに時間が掛かるので、作業工程に大幅な遅れが生じる。そこで、レーザ出力の設定値を満たさなくなる一歩手前で警報を発生する機能を備え、事前にＬＤ励起レーザ装置メーカーに連絡して迅速に修理を行う事が要求される。しかし、前記の出力安定制御では、ＬＤのレーザ出力が一定に制御できる時間を予想または測定することが非常に困難なので、レーザ出力の設定値を満たさなくなる一歩手前で警報を発することは不可能であった。なお、ＬＤばかりでなく、非線形光学結晶の劣化においても同様なことがいえる。
【００１１】
ＬＤ励起固体レーザ装置のレーザ光の光軸を、全反射ミラーで折り曲げる時、例えば光軸に対して・・・の角度に全反射ミラーを配置して、レーザ光を・・・方向に曲げる時の反射率は、レーザ光の偏光面（Ｐ波、Ｓ波）によって変化するので、高出力のまま光軸を曲げるためには、偏光面の角度を調整する必要がある。図９（ａ）に示すように、光軸に対して・・・の角度に全反射ミラーを配置して、レーザ光の光軸を全反射ミラーで・・・曲げる時の反射率は、レーザ光の偏光面（Ｐ波、Ｓ波）によって、図９（ｂ）のように反射率が変化する。偏光面の角度を調整するためには、レーザ光の光軸に１／２波長板を挿入するという既知の技術があるが、光学部品が増えるのでスペースが大きくなり、コストもかかるという問題がある。
【００１２】
一方、研究用途のＬＤ励起固体レーザ装置では、出力を一定に保持したまま偏光面を連続的に変えることで、偏光面に大きく依存する非線形結晶や偏光子の特性を測定することがある。既知の技術として、ＬＤ励起固体レーザの出射口に１／２波長板を挿入して、光軸を中心に回転させる方法がある。レーザ出力を変える時は、ＬＤ電流を調整することになるので、ビームの形状や性質が変化するおそれがある。出力を変化させると、ＬＤの寿命の影響で、長時間安定にレーザ出力を保持することはできない。レーザ出力を自在に変えて長時間出力を一定に保持したまま偏光面を連続的に変えることができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決して、高出力のレーザ発振光を出力する場合であっても、安全にかつ容易に、レーザ光のビーム形状及び性質を変化させることなく、長期にわたりレーザ出力を安定した状態で取り出し、しかも、レーザの出力を長時間保持したまま、レーザの偏光面を連続的に変化できるようにすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置に、共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、１／２波長板を透過したレーザ光を受けて直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とを出力する偏光子と、この偏光子から出力されたレーザの強度を検出する光検出手段と、偏光子から出力されるレーザの強度が所定値となるように光検出器の出力に基づいて１／２波長板を駆動制御する駆動制御手段と、レーザ媒質と一対のミラーと１／２波長板と偏光子とを収容する容器と、第１偏光を外部に出力するために容器に設けられた出力窓とを具備する構成とした。このように構成したことにより、光学部品を削減でき、光学部品のアライメントが容易になり、レーザ出力を安定化できる。
【００１５】
また、光検出器の出力に基づいて第１偏光の強度が共振器からのレーザ光の強度に近くなったことを知らせる報知手段を設けた。このように構成したことにより、補修のタイミングが適切に判断でき、稼動効率が良くなる。
【００１６】
さらに、１／２波長板と偏光子を回転させて第１偏光のビーム形状及び性質を変えることなく偏光面を調整する駆動制御手段を設けた。このように構成したことにより、特別な光学素子を設けることなく、長時間にわたりレーザ出力を一定に保持したまま偏光面の角度を連続的に変更できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、レーザ共振器からのレーザ光を、偏光子で直進光と分岐光に分離し、分岐光の強度検出値に従って、レーザ共振器の直後に設けた１／２波長板を回転して、直進光の強度を一定にする固体レーザ装置である。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置の構成図である。図１において、ミラー１０，１１は、一対の反射鏡である。レーザロッド１３，１４は、１０６４ｎｍの基本波を発生するレーザ媒質である。基本波は他の波長でもよい。励起モジュール１５，１６は、光を励起するユニットである。レーザダイオード１７，１８は、レーザ光でレーザ媒質を励起する装置である。ビームスプリッター１９は、高調波レーザ光を透過し、基本波レーザ光を反射する光学素子である。Ｑスイッチ２０は、レーザ発振を制御するスイッチである。非線形光学結晶２１，２２は、基本波レーザ光から高調波レーザ光を生成する光学素子である。高調波生成モジュール２３は、高調波レーザ光を生成するユニットである。出力可変手段Ａは、レーザ光の強度を調整する手段である。光軸Ｌ１は、基本波レーザ光の光軸である。共振器Ｒは、レーザ光を発振する共振器である。容器Ｔは、レーザ光を発生する部品を収容する容器である。第１アームＴ１は、容器のうち、励起部分を収容する腕部である。第２アームＴ２は、容器のうち、高調波生成部分を収容する腕部である。第３アームＴ３は、容器のうち、出力調整手段を収容する腕部である。出力窓Ｗは、容器から外部にレーザ光を導出する窓である。
【００２０】
この固体レーザ装置には、共振器Ｒを形成する一対のミラー１０，１１との間の光軸Ｌ１に、１０６４ｎｍの基本波を発生するレーザ媒質であるレーザロッド１３，１４を備えた励起モジュール１５，１６が、直列に配置されている。レーザロッド１３，１４は、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４である。これらの励起モジュール１５，１６は、レーザロッド１３，１４を励起するため、各レーザロッドの側面にレーザダイオード１７，１８を備えている。この例では、励起モジュールを２個直列に配置したが、３個であってもよい。ミラー１０と励起モジュール１５の間には、Ｑスイッチ２０が配置されている。
【００２１】
励起モジュール１６と反射ミラー１１との間には、ビームスプリッター１９と、第３高調波を生成する非線形光学結晶２１，２２よりなる高調波生成モジュール２３が設けられている。この例では、第３高調波を生成するＬＢＯタイプＩＩが用いられている。第２高調波を生成する場合は、ＬＢＯタイプＩが用いられる。その他の非線形光学結晶、ＫＴＰ、ＫＤＰ、ＬＮＯ、ＢＢＯ，ＣＬＢＯを用いてもよい。ミラー１０，１１と、励起モジュール１６，１７と、ビームスプリッター１９と、高調波生成モジュール２３などの光学部品は、Ｔ字状の容器Ｔに収容されている。この容器Ｔにはさらに、ビームスプリッター１９から分離された高調波のレーザ光のパワーを調整する出力可変手段Ａを収容している。
【００２２】
ビームスプリッター１９を境界として、Ｔ字状の第１アームＴ１の部分に、励起モジュール１５，１６とＱスイッチ２０が収容されている。Ｔ字状の第２アームＴ２の部分に、高調波生成モジュール２３が収容されている。Ｔ字状の第３アームＴ３の部分に、出力可変手段Ａが収容されている。レーザが安定して発振するように、容器Ｔには窒素などの不活性ガスが封入されている。図１に示すように、出力可変手段Ａは、ビームスプリッター１９と、Ｔ字状の第３アームＴ３に設けられた出力窓Ｗとの間に配置されている。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置に用いる出力可変手段の概略図である。図２において、１／２波長板３０は、共振器Ｒからの出力レーザ光の偏光面を回転させる手段である。偏光子３１は、水平偏光成分と垂直偏光成分を分離する手段である。モータ３２は、１／２波長板３０を回転させる手段である。モータ３３は、偏光子３１を回転させる手段である。光検出器３６は、偏光子３１で分岐されたレーザ光の強度（パワー）を検出する手段である。駆動制御装置３８は、モータ３２，３３を制御する装置である。論理回路４０は、光検出器３６の出力信号を論理演算して、偏光子３１からの出力に応じた所定の信号を出力する回路である。駆動回路４２は、論理回路４０の演算結果に従ってモータ３２，３３を駆動する回路である。駆動制御装置３８は、論理回路４０と駆動回路４２とを含み、光検出器３６に結合されている。スイッチ４４は、モータ３３を外部から駆動するための切替手段である。駆動回路４２と偏光子３１のモータ３３との間に設けられているスイッチ４４は、必要に応じて容器Ｔの外部から単独でモータ３３を駆動できるようにするためのものである。警報手段４５は、論理回路４０の演算結果に従って警報を発する手段である。出力可変手段Ａは、１／２波長板３０と、偏光子３１と、モータ３２と、モータ３３と、光検出器３６と、駆動制御装置３８とを含み、１／２波長板３０と偏光子３１は、レーザ光軸Ｌ２上にある。
【００２４】
図３は、本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置で、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの水平偏光のレーザ出力相対値（パワー）を示すグラフ（ａ）と、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの出力特性（振幅）を示すグラフ（ｂ）である。図４は、固体レーザ装置のレーザ出力相対値と１／２波長板の回転角度と時間関係を示すグラフである。
【００２５】
上記のように構成された本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置の動作を説明する。最初に、図１と図２を参照しながら、固体レーザ装置の機能の概略を説明する。図１に示すように、第１のミラー１０と第２のミラー１１の間を、レーザ光が繰り返し反射することにより、基本波の周波数で共振する。その基本波レーザ光が、高調波生成モジュール２３で第３高調波に変換される。この変換された第３高調波のみが、ビームスプリッター１９により、出力可変手段Ａを介して容器Ｔの外に取り出される。
【００２６】
図２に示すように、出力可変手段Ａに内蔵された１／２波長板３０を透過したレーザ光（光軸はＬ２）は、偏光子３１に入射する。偏光子３１は、第３高調波である波長３５５ｎｍの光に対応するものである。偏光子３１は、１／２波長板３０を透過したレーザ光の光軸Ｌ２上に、水平偏光の透過強度が最大となる角度に保持しておく。この偏光子３１は、１／２波長板３０と協働して光強度制御手段として機能する。１／２波長板３０を透過してきたレーザ光（光軸はＬ２）の偏光面の角度に応じて、偏光子３１を透過するレーザ光の強度が変化する。偏光子３１を透過することによって強度が変えられたレーザ光（光軸はＬ３）は、容器Ｔの出力窓から出射して被加工物に照射されて、種々の加工を行うために利用される。
【００２７】
次に、図３と図４を参照しながら、出力レーザ光の強度を調整する方法を説明する。光源からの光を水平偏光とする例を説明するが、垂直偏光でも同様である。光源からの光は、特定の角度の直線偏光であれば良い。この例では、共振器Ｒから出力されるレーザ光は水平偏光であるとする。第１の偏光である水平偏光を透過させ、第２の偏光である垂直偏光を分岐させるように、偏光子３１の回転角度を調整する。偏光子３１は、水平偏光を透過させ、垂直偏光を分岐させるように保持しておく。１／２波長板３０を回転させると、偏光子３１に入射するレーザ光の偏光面が回転する。共振器Ｒからのレーザ光（光軸はＬ２）の偏光面を１／２波長板３０で回転させて、レーザ光（光軸はＬ３）の出力が最大となる時、そのときの１／２波長板３０の角度θを０°とする。１／２波長板３０からの偏光を偏光子３１に通すと、水平偏光成分は透過する。垂直偏光成分は、偏光子３１で光検出器３６の方向に分岐する。
【００２８】
このレーザ装置において、１／２波長板３０の回転角度を閘とし、共振器Ｒから出力される強度をＦｉｎとする。偏光子３１を透過して出力されるレーザ光（光軸はＬ２）の強度Ｆｏｕｔは、
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎｃｏｓ２（２θ）
となる。すなわち、このレーザ装置では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、出力される光の強度Ｆｏｕｔが、１／２波長板３０の回転角度θに依存して変化する。駆動制御装置３８からモータ３２に信号を与えて、１／２波長板３０を角度θだけ回転させると、１／２波長板３０を透過したレーザ光（光軸はＬ２）は、偏光面の角度が２θの直線偏光となる。偏光子３１を透過して出力されるレーザ光（光軸はＬ３）の強度Ｆｏｕｔは、１／２波長板３０の回転角度θに対応して連続的に変化する。このようにして、偏光子３１から出射するレーザ光（光軸Ｌ３）の強度を、連続的に変化させることができる。この偏光子の例としては、グランレーザプリズム、グランテーラープリズム、グラントムソンプリズム、偏光ビームスプリッターなどがある。
【００２９】
第３に、図４を参照しながら、出力レーザ光の強度を所定値に維持する方法を説明する。光軸Ｌ２のレーザ光の強度をＦｉｎとする。光軸Ｌ２のレーザ光の最大強度をＦｍａｘとする。光軸Ｌ３のレーザ光の強度をＦｏｕｔとする。Ｆｍａｘを基準とする相対値をレーザ出力相対値とする。レーザ光（光軸はＬ３）の強度Ｆｏｕｔが、常にレーザ光（光軸はＬ２）の最大出力Ｆｍａｘに対し、所定の割合（例えば８０％）を保つように、論理回路４０の論理を設定する。所定の割合は、レーザ出力相対値が０．３〜０．９５の範囲内であれば良い。１．０に近い値にすると、すぐに制御不能になるので、実用的ではない。図４に示すように、レーザ装置の使用初期においては、共振器Ｒは最大出力であり、レーザ出力相対値は１である。ある時間が経過すると、レーザ媒質や励起光源の経時変化により、共振器Ｒのレーザ光のレーザ出力相対値は低下する。例えば、Ｆｏｕｔのレーザ出力相対値を０．８に設定すると、レーザ装置の使用初期においては、１／２波長板３０の回転角度は約１３．５°になる。共振器Ｒのレーザ出力相対値が０．９となった状態では、１／２波長板３０の回転角度は約１０°になる。
【００３０】
具体的には、偏光子３１から分岐した垂直偏光成分を光検出器３６で検出し、光検出器３６からの検出出力に応じて駆動制御装置３８の駆動回路４２から出力される信号により、モータ３２を駆動して１／２波長板３０を回転させる。その回転角度に応じて、共振器Ｒからのレーザ光（光軸はＬ２）の偏光面が回転する。共振器Ｒからのレーザ光の強度が時間とともに減少したとしても、１／２波長板３０の回転角度θを、共振器Ｒからのレーザ光の強度減少に応じて小さくすることにより、レーザ光（光軸はＬ３）の強度を一定に保つことができる。例えば、１／２波長板３０の回転角度θと光検出器３６で検出した垂直偏光の強度Ｆｖとから、
Ｆｉｎ＝Ｆｖ（１／ｓｉｎ２（２θ））
で、共振器Ｒのレーザ光の強度Ｆｉｎを求める。Ｆｉｎから、ＦｏｕｔがＦｍａｘ×０．８となる１／２波長板３０の回転角度θ’を、
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎｃｏｓ２（２θ’）＝Ｆｍａｘ×０．８
を解いて求める。１／２波長板３０の回転角度をθ’にすれば、レーザ光（光軸はＬ３）の強度を一定に保つことができる。レーザ装置に本来設けられている偏光子３１で分岐させた光を、光検出器３６で検出するので、光検出器３６用に、レーザ光の光軸Ｌ２上に別途ビームスプリッターを設ける必要がない。そのため、光学部品のアライメントの手数が簡単になり、出力の低減も防止でき、コストダウンにもなる。
【００３１】
Ｆｉｎのレーザ出力相対値が、例えば０．８５となった場合には、論理回路４０から警報手段４５に通知して警告を発し、レーザ装置の補修が必要であることを使用者に知らせる。固体レーザ装置がレーザ出力を安定に制御している状態では、１／２波長板３０の光軸の周りの回転角度θから、レーザ出力相対値を知ることができる。初期のレーザ光源の最高出力値（Ｆｍａｘ）から、経時変化により現在のレーザ出力（Ｆｉｎ）に低下したとする。共振器Ｒからのレーザ光の出力値（Ｆｉｎ）を、
Ｆｉｎ＝（Ｆｏｕｔ）×（１／ｃｏｓ２（２θ））
から算出する。現在のレーザ出力（Ｆｉｎ）が設定値（Ｆｏｕｔ）に近づいて、出力を安定に制御することが困難になった時に警報を発することができる。例えば、共振器Ｒの出力相対値が０．８に近づいて、出力を安定に制御することが困難になった時に警報を発する。レーザ装置の早期の補修に有効に役立たせることができる。
【００３２】
第４に、レーザ光の偏光面を回転する方法を説明する。１／２波長板３０を、光軸の周りに角度θだけ回転させると、１／２波長板３０から出射されるレーザ光の偏光面が角度２θだけ回転する。偏光子３１を、光軸の周りに角度θだけ回転させると、出射されるレーザ光の偏光面が角度θだけ回転する。偏光子３１を回転させるモータ３３の回転角速度と、１／２波長板３０を回転させるモータ３２の回転角速度の比を２：１として、同時に回転させる。モータ３２の回転により１／２波長板３０が角度θだけ回転すると、１／２波長板３０と偏光子３１の間のレーザ光の偏光面が角度２θだけ回転する。モータ３３の回転により偏光子３１が角度２θだけ回転すると、出射されるレーザ光の偏光面が角度２θだけ回転する。このようにすれば、偏光面の回転中にレーザ出力が変化することはないので、偏光子３１と１／２波長板３０の回転角速度比を２：１として、同時に回転させて偏光面を回転させれば、長時間にわたりレーザ出力を一定に保持できる。このようにして、レーザ出力を一定にしながら、偏光面の角度を連続的に変化させることができる。このとき、スイッチ４４の接点をａ接点側に接続しておく。１／２波長板３０と偏光子３１のアライメントを調節する場合には、スイッチ４４を接点ｂ側に接続をしておき、偏光子３１のモータ３３を外部から単独で回転駆動させればよい。
【００３３】
上記のように、本発明の第１の実施の形態では、固体レーザ装置を、レーザ共振器からのレーザ光を、偏光子で直進光と分岐光に分離し、分岐光の強度検出値に従って、レーザ共振器の直後に設けた１／２波長板を回転して、直進光の強度を一定にする構成としたので、光学部品を削減でき、光学部品のアライメントが容易になり、レーザ出力を安定化できる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、偏光子からの出力レーザ光を、ビームスプリッターで分岐して、分岐光を光検出器に導いて強度を検出し、１／２波長板を駆動して、出力レーザ光の強度を一定に制御する固体レーザ装置である。
【００３５】
図５は、本発明の第２の実施の形態における固体レーザ装置に用いる出力可変手段Ａの概略図である。図５において、ビームスプリッター５０は、レーザ光の一部を分岐させる光学素子である。ダンパー５２は、偏光子３１から分岐された光を吸収する手段である。出力可変手段Ａは、１／２波長板３０と、偏光子３１と、モータ３２と、モータ３３と、光検出器３６と、駆動制御装置３８と、論理回路４０と、モータの駆動回路４２と、スイッチ４４とを備えている。論理回路４０には、警報手段４５が接続されている。１／２波長板３０と偏光子３１は、レーザ出力光軸Ｌ２上にある。モータ３２は、１／２波長板３０を回転駆動する。モータ３３は、偏光子３１を回転駆動する。駆動制御装置３８は、光検出器３６に結合されている。論理回路４０は、駆動制御手段に内蔵されている。図示していないが、第１の実施の形態と同様に、駆動回路４２とモータ３３との間に、必要に応じて容器Ｔの外部からモータ３３を駆動制御するためのスイッチ４４が設けられている。駆動制御装置３８は、光検出器３６の出力を受ける論理回路４０とモータ３２，３３の駆動回路４２とを含む。第１の実施の形態と一致する部分は、同一参照番号で示されている。図２に示した第１の実施の形態と異なる部分は、偏光子３１の出力であるレーザ光の光軸Ｌ３上にビームスプリッター５０が配置され、このビームスプリッター５０から分岐された光が、光検出器３６に導かれる点である。
【００３６】
上記のように構成された本発明の第２の実施の形態における固体レーザ装置の動作を説明する。１／２波長板３０を回転させて、出力レーザ光の強度を調整する方法は、第１の実施の形態と同じであるので、説明は省略する。
【００３７】
出力レーザ光の強度を所定値に維持する方法を説明する。光軸Ｌ３上に配置されたビームスプリッター５０で、偏光子３１の出力であるレーザ光の一部（例えば１％）を分岐する。分岐されたレーザ光の強度を光検出器３６で検出する。レーザ光（光軸はＬ３）の強度Ｆｏｕｔが、レーザ光（光軸はＬ２）の最大出力Ｆｍａｘに対し、常に所定の割合（例えば８０％）を保つように、論理回路４０の論理を設定する。光検出器３６からの検出出力が一定になるように、駆動制御装置３８の駆動回路４２から出力される信号により、モータ３２を駆動して１／２波長板３０を回転させる。その回転角度に応じて、共振器Ｒからのレーザ光（光軸はＬ２）の偏光面が回転する。共振器Ｒからのレーザ光の強度が時間とともに減少したとしても、１／２波長板３０の回転角度閘を、共振器Ｒからのレーザ光の強度減少に応じて小さくすることにより、レーザ光（光軸はＬ３）の強度を一定に保つことができる。この制御は単純なフィードバック制御であるので、論理回路４０の論理は第１の実施の形態より単純になる。
【００３８】
レーザ出力を安定制御している状態で、１／２波長板３０の光軸周りの回転角度θから、共振器Ｒからのレーザ出力を求めることができる。共振器Ｒからのレーザ出力は、経時変化により、初期のレーザ光源の最高出力値より低下する。共振器Ｒからのレーザ出力（Ｆｉｎ）を、
Ｆｉｎ＝Ｆｏｕｔ×（１／ｃｏｓ２（２θ））
により算出する。Ｆｏｕｔは、０．８×Ｆｍａｘである。共振器Ｒからのレーザ出力（Ｆｉｎ）がＦｏｕｔに近くなり、余裕がなくなって出力を安定に制御することが困難になると、警報を発する。例えば、Ｆｏｕｔの設定値を、レーザ出力相対値で０．８にした場合、Ｆｉｎが出力相対値で０．８５になると、警報を発するようにする。これは、レーザ装置の早期の補修に有効である。
【００３９】
レーザ光の偏光面を回転する方法を説明する。１／２波長板３０を光軸の周りに角度θだけ回転させると、出射されるレーザ光の偏光面が、角度２θだけ回転する。モータ３２とモータ３３により、偏光子３１と１／２波長板３０を、回転角速度比２：１で同時に回転させる。長時間にわたり、レーザ出力を一定に保持したまま、偏光面の角度を連続的に変えることができる。この点は、第１の実施の形態と同じであるので、詳しい説明は省略する。
【００４０】
上記のように、本発明の第２の実施の形態では、固体レーザ装置を、偏光子からの出力レーザ光を、ビームスプリッターで分岐して、分岐光を光検出器に導いて強度を検出し、１／２波長板を駆動して、出力レーザ光の強度を一定に制御する構成としたので、光学部品を削減でき、光学部品のアライメントが容易になり、レーザ出力を安定化できる。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、一対のミラーの間に配置されたレーザ媒質内で励起されたレーザ光を一対のミラー間で反射させて増幅する共振器を有するレーザ装置に、共振器からのレーザ光を受けて偏光面を回転させる１／２波長板と、１／２波長板を透過したレーザ光を受けて直進光である第１偏光と分岐光である第２偏光とを出力する偏光子と、第２偏光の強度を検出する光検出手段と、光検出器の出力に基づいて１／２波長板を駆動制御する駆動制御手段と、レーザ媒質と一対のミラーと１／２波長板と偏光子とを密閉収容する容器と、第１偏光を外部に出力するために容器に設けられた出力窓とを具備する構成としたので、光学部品を削減でき、光学部品のアライメントが容易にでき、レーザ出力を安定化できる。
【００４２】
また、第１偏光の強度が所定値となるように光検出器の出力に基づいて１／２波長板を駆動制御する駆動制御手段と、光検出器の出力に基づいて第１偏光の強度が共振器からのレーザ光の強度に近くなったことを知らせる報知手段とを設けたので、補修のタイミングを適切に判断でき、稼動効率を高めることができる。
【００４３】
また、１／２波長板と偏光子を回転させて第１偏光のビーム形状及び性質を変えることなく偏光面を調整する駆動制御手段を設けたので、特別な光学素子を設けることなく、長時間にわたりレーザ出力を一定に保持したまま、偏光面の角度を連続的に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置の全体構成図、
【図２】本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置に用いる出力可変手段の概略図、
【図３】本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置で、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの水平偏光レーザ出力相対値を示すグラフと、１／２波長板を角度θだけ傾けた時のレーザの出力特性を示すグラフ、
【図４】本発明の第１の実施の形態における固体レーザ装置のレーザ出力相対値と１／２波長板の回転角度と時間関係を示すグラフ、
【図５】本発明の第２の実施の形態における固体レーザ装置の出力可変手段の概略図、
【図６】従来の固体レーザ装置の第１例の構成を示す概念図、
【図７】従来の固体レーザ装置の第２例の構成を示す概念図、
【図８】従来の固体レーザ装置の第３例の構成を示す概念図、
【図９】レーザ装置のビームスプリッターとＳ波とＰ波の反射率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１１  ミラー
１３，１４  レーザロッド
１５，１６  励起モジュール
１７，１８  レーザダイオード
１９  ビームスプリッター
２０  Ｑスイッチ
２１，２２  非線形光学結晶
２３  非線形光学モジール
３０  １／２波長板
３１  偏光子
３２，３３  モータ
３６  光検出器
３８  駆動制御装置
４０  論理回路
４２  駆動回路
４４  スイッチ
４５  警報手段
５０  ビームスプリッター
５２  ダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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